EP2174047A1

EP2174047A1 - Ventil

Info

Publication number: EP2174047A1
Application number: EP08786057A
Authority: EP
Inventors: Andre-Heinrich Meinhof; Armin Steinke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-07-11
Filing date: 2008-07-11
Publication date: 2010-04-14
Anticipated expiration: 2028-07-11
Also published as: US20100163767A1; DE102007032639B3; WO2009007442A1; CN101688626A; CN101688626B; EP2174047B1

Abstract

Ein Ventil mit wenigstens einer ersten Ventilkammer (1), welche eine Einlassöffnung (2) zur Zuführung eines Mediums und eine Ventilöffnung (3) aufweist, welche mittels eines Ventilkörpers (4) verschliessbar ist, welcher mit einer in Schliessrichtung wirkenden, von einem eine Federkonstante aufweisenden Kraftspeicher (9) erzeugten Federkraft (F K) beaufschlagt ist und mittels eines Stellgliedes (5), auf welches an einer Wirkstelle (10) eine gegen die Federkraft (F K) wirkende Stellkraft (F S) aufbringbar ist, gegen die Federkraft (F K) verstellbar ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (7, 8) vorhanden sind, mittels der die an der Wirkstelle (10) der Stellkraft (F S) wirksame Federkonstante einstellbar ist.

Description

Beschreibung

Ventil

Die Erfindung betrifft ein Ventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 beziehungsweise 2 beziehungsweise 6, mit wenigstens einer Ventilkammer, welche eine erste Öffnung zur Zuführung eines Mediums und eine als Ventilsitz ausgebildete zweite Öffnung aufweist, welche mittels eines Ventilkörpers ver- schließbar ist, welcher mit einer in Schließrichtung wirkenden, von einem eine Federkonstante aufweisenden Kraftspeicher erzeugten Federkraft beaufschlagt ist und mittels eines Stellgliedes, auf welches an einer Wirkstelle eine gegen die Federkraft wirkende Stellkraft aufbringbar ist, gegen die Fe- derkraft verstellbar ist, wobei Mittel vorhanden sind, mittels der die an der Wirkstelle der Stellkraft wirksame Federkonstante einstellbar ist.

Ein derartiges Ventil ist beispielsweise aus der DE 33 10 271 Al bekannt. Das bekannte Ventil wird in vielfältiger Weise verwendet. Insbesondere wird ein derartiges Ventil in einem Stellungsregler zur Betätigung eines Prozessventils verwendet. Mittels des Stellungsreglers, der häufig als elektropneumatischer Stellungsregler ausgebildet ist, wird die Stellung beziehungsweise Bewegung des Antriebs des Prozessventils beeinflusst. Dies geschieht dadurch, dass in eine Kammer, in welcher eine mit dem Ventilkörper des Prozessventils verbundene Membran angeordnet ist, Luft eingeleitet wird. In Abhängigkeit des hierdurch in der Kammer erzeugten Drucks verstellt sich die Membran und damit der Ventilkörper des Prozessventils.

Da zum Antrieb großer Prozessventile auch entsprechend große Kammern verwendet werden, müssen Stellungsregler für große Prozessventile einen großen Luft-Durchfluss gewährleisten, um kurze Reaktionszeiten zu erreichen. Ein großer Luft-Durchfluss ist aber bei Stellungsreglern für kleine Prozessventile, welche kleine Kammern haben, ungünstig, da die entsprechend benötigten kleinen Luftmengen zum Verstellen der Membran mit Stellungsreglern mit einem großen Luft-Durchfluss nur sehr schwer einstellbar sind. Mit anderen Worten, die Kennlinie des Stellungsreglers beziehungsweise des im Stellungsregler verwendeten Ventils ist zu steil. Ist der Luft-Durchfluss eines Stellungsreglers im Verhältnis zur Größe der Kammer des Prozessventilantriebs zu groß, kann es sogar zum Schwingen des Systems führen.

Es ist bekannt, den Luft-Durchfluss mittels einstellbarer Drosseln zu begrenzen. Die Begrenzung des Luft-Durchflusses mittels einstellbarer Drosseln hat sich jedoch als unbefrie- digend herausgestellt. Da durch die Drossel lediglich der maximale Luft-Durchfluss begrenzt wird, wirken sich Änderungen der Stellung des Stellungsreglers nämlich nahezu nicht aus, wenn sich der Luft-Durchfluss in der Begrenzung befindet, und nahezu unverändert aus, wenn sich der Luft-Durchfluss unter- halb der Begrenzung befindet. Das heißt, bei Luft-Durchflüssen unterhalb der Begrenzung kann kaum eine Verhaltensänderung des Stellungsreglers festgestellt werden. Die Kennlinie des Stellungsreglers lässt sich somit durch eine Drossel im Wesentlichen nicht verändern.

Um eine ordnungsgemäße Funktion der Steuerung des Prozessventils gewährleisten zu können, muss daher der Stellungsregler an das Prozessventil angepasst werden. Das heißt, der Luft- Durchfluss beziehungsweise die Kennlinie des Stellungsreglers muss an das Volumen der Kammer, in der sich die Membran zur Einstellung des Ventilkörpers des Prozessventils befindet, angepasst werden. Dies ist sehr nachteilig, da hierdurch eine Vielzahl unterschiedlicher Stellungsregler verwendet werden müssen, was naturgemäß auch die Herstellung einer Vielzahl unterschiedlicher Stellungsregler bedingt. Dass letzteres ebenfalls sehr nachteilig ist, liegt auf der Hand. Aus der DE 1 032 993 A ist ein thermostatisch gesteuertes Ventil mit allen Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 beziehungsweise 2 beziehungsweise 6 bekannt, bei dem zwischen dem Stellglied und dem Kraftspeicher eine um eine gedachte Schwenkachse schwenkbare Wippe angeordnet ist und der Kraftspeicher längs der Wippe verstellbar ist.

Des Weiteren ist aus der DE 30 10 199 Al ein fluiddruckbetä- tigter Regler mit einem Ventil mit allen Merkmalen des Ober- begriffs des Anspruchs 1 beziehungsweise 2 beziehungsweise 6 bekannt, bei dem zwischen dem Stellglied und dem Kraftspeicher eine um eine gedachte Schwenkachse schwenkbare Wippe angeordnet ist und die Schwenkachse längs der Wippe verstellbar ist .

Darüber hinaus ist aus der DE 2 649 520 Al ein weiteres Ventil mit allen Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 beziehungsweise 2 beziehungsweise 6 bekannt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein eingangs genanntes Ventil derart auszubilden, dass sich seine Kennlinie auf einfache Weise verändern lässt.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß der Erfindung ist ein Ventil mit wenigstens einer Ventilkammer, welche eine Einlassöffnung zur Zuführung eines Me- diums und eine vorzugsweise als Ventilsitz ausgebildete Ventilöffnung aufweist, welche mittels eines Ventilkörpers verschließbar ist, welcher mit einer in Schließrichtung wirkenden, von einem eine Federkonstante aufweisenden Kraftspeicher erzeugten Federkraft beaufschlagt ist und mittels eines Stellgliedes, auf welches an einer Wirkstelle eine gegen die Federkraft wirkende Stellkraft aufbringbar ist, gegen die Federkraft verstellbar ist, wobei Mittel vorhanden sind, mittels der die an der Wirkstelle der Stellkraft wirksame Feder- konstante einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftspeicher als Blattfeder ausgebildet ist, welche einseitig eingespannt ist und an ihrem der Einspannstelle gegenüberliegenden Ende den Ventilkörper mit Kraft beaufschlagt, wobei der Abstand zwischen der Einspannstelle und der Stelle, an der die Blattfeder den Ventilkörper mit Kraft beaufschlagt, einstellbar ist.

Des Weiteren ist gemäß der Erfindung ein Ventil mit wenigs- tens einer Ventilkammer, welche eine Einlassöffnung zur Zuführung eines Mediums und eine vorzugsweise als Ventilsitz ausgebildete Ventilöffnung aufweist, welche mittels eines Ventilkörpers verschließbar ist, welcher mit einer in Schließrichtung wirkenden, von einem eine Federkonstante auf- weisenden Kraftspeicher erzeugten Federkraft beaufschlagt ist und mittels eines Stellgliedes, auf welches an einer Wirkstelle eine gegen die Federkraft wirkende Stellkraft aufbringbar ist, gegen die Federkraft verstellbar ist, wobei Mittel vorhanden sind, mittels der die an der Wirkstelle der Stellkraft wirksame Federkonstante einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftspeicher als Blattfeder ausgebildet ist, welche in ihrem mittleren Bereich an einer Auflagestelle auf einem Lager aufliegt und an einem Ende gegen ein Gegenlager stößt sowie an ihrem dem Gegenlager gegenüberlie- genden Ende den Ventilkörper mit Kraft beaufschlagt, wobei das Gegenlager längs der Blattfeder verstellbar ist.

Darüber hinaus ist gemäß der Erfindung ein Ventil mit wenigstens einer Ventilkammer, welche eine Einlassöffnung zur Zu- führung eines Mediums und eine vorzugsweise als Ventilsitz ausgebildete Ventilöffnung aufweist, welche mittels eines Ventilkörpers verschließbar ist, welcher mit einer in Schließrichtung wirkenden, von einem eine Federkonstante aufweisenden Kraftspeicher erzeugten Federkraft beaufschlagt ist und mittels eines Stellgliedes, auf welches an einer Wirkstelle eine gegen die Federkraft wirkende Stellkraft aufbringbar ist, gegen die Federkraft verstellbar ist, wobei Mittel vorhanden sind, mittels der die an der Wirkstelle der Stellkraft wirksame Federkonstante einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Stellglied und dem Kraftspeicher eine um eine gedachte Schwenkachse schwenkbare Wippe angeordnet ist und die Schwenkachse längs der Wippe verstell- bar ist, sowie die Wippe auf einem Lagerbock gelagert ist, wobei der Lagerbock und/oder der Kraftspeicher auf einer schiefen Ebene angeordnet sind, längs der sie verstellbar sind.

Dadurch, dass Mittel vorhanden sind, mittels der die an der

Wirkstelle der Stellkraft wirksame Federkonstante einstellbar ist, lässt sich auf einfache Weise die Kennlinie des Ventils verändern. Denn die Kennlinie des Ventils hängt direkt von der am Stellglied des Ventils wirksamen Federkonstante ab.

Ist die am Stellglied des Ventils wirksame Federkonstante groß, muss zur Verstellung des Ventilkörpers eine große Kraft aufgewandt werden. Dies bedeutet, dass geringe Kraftänderungen nur eine geringe Verstellung des Ventilkörpers bewirken. Die Kennlinie des Ventils hat somit eine geringe Steigung.

Ist die am Stellglied des Ventils wirksame Federkonstante jedoch klein, braucht zur Verstellung des Ventilkörpers nur eine geringe Kraft aufgewandt zu werden. Dies hat zur Folge, dass geringe Kraftänderungen eine relativ große Verstellung des Ventilkörpers bewirken. Die Kennlinie ist somit steil.

Das Stellglied des Ventils kann ein mit dem Ventilkörper verbundener Stößel sein, an dessen dem Ventilkörper abgewandten Ende sich die Wirkstelle befindet an der die Stellkraft auf- gebracht wird. Das Aufbringen der Stellkraft kann mittels eines beliebigen Erzeugungs- beziehungsweise Übertragungsmittels erfolgen. Insbesondere kann die Erzeugung der Kraft mittels eines in einem Zylinder angeordneten Kolbens erfolgen, der mit dem Stößel verbunden ist. Durch Erzeugen eines Drucks in dem Zylinder wird auf den Kolben eine Kraft ausgeübt, die er an den Stößel weitergibt. Durch Verändern der dem in dem Zylinder herrschenden Druck ausgesetzten Kolbenoberfläche lässt sich das Verhältnis von dem in dem Zylinder herrschen- den Druck zu der auf den Kolben wirkenden Kraft einstellen. Nimmt man den in dem Zylinder herrschenden Druck als Eingangsgröße des Ventils, lässt sich durch Veränderung der Fläche des Kolbens, die dem in dem Zylinder herrschenden Druck ausgesetzt ist, die Kennlinie des Ventils verändern. Die wirksame Federkonstante definiert sich somit als Verhältnis der Änderung des in dem Zylinder herrschenden Drucks zum zurückgelegten Weg des Ventilkörpers.

Sehr vorteilhaft ist es, dass der Kraftspeicher als Blattfeder ausgebildet ist, welche einseitig eingespannt ist und an ihrem der Einspannstelle gegenüberliegenden Ende den Ventilkörper mit Kraft beaufschlagt, wobei der Abstand zwischen der Einspannstelle und der Stelle, an der die Blattfeder den Ven- tilkörper mit Kraft beaufschlagt, das heißt dem Angriffspunkt der Kraft, einstellbar ist. In vorteilhafter Weise ist die Blattfeder in einem verschiebbaren Block angeordnet, wodurch sich der Abstand auf einfache Weise verändern lässt. Eine derartige Ausführungsform lässt sich besonders leicht her- stellen.

In vorteilhafter Weise lässt sich die Kennlinie des Ventils aber auch dadurch einstellen, dass der Kraftspeicher als Blattfeder ausgebildet ist, welche in ihrem mittleren Bereich an einer Auflagestelle auf einem Lager aufliegt und an einem ihrer Enden gegen ein Gegenlager stößt sowie an ihrem dem Gegenlager gegenüberliegenden Ende den Ventilkörper mit Kraft beaufschlagt, wobei das Gegenlager längs der Blattfeder verstellbar ist. Ist der Abstand des Angriffspunkts des Gegenla- gers auf die Blattfeder von der Auflagestelle der Blattfeder auf dem Lager groß, ist die am Ventilkörper wirksame Federkonstante klein. Ist der Abstand klein, ist die Federkonstante groß .

Die Federkonstante lässt sich bei einer Ausführungsform der Erfindung, bei der der Kraftspeicher als Blattfeder ausgebildet ist, welche in ihrem mittleren Bereich an einer Auflagestelle auf einem Lager aufliegt und an einem ihrer Enden ge- gen ein Gegenlager stößt sowie an ihrem dem Gegenlager gegenüberliegenden Ende den Ventilkörper mit Kraft beaufschlagt, auch dadurch einstellen, dass die Auflagestelle längs der Blattfeder verstellbar ist. Durch die Verstellung der Auflagestelle längs der Blattfeder lässt sich auf einfache Weise die auf den Ventilkörper wirkende Federkonstante einstellen. Denn das Verhältnis der auf die Blattfeder ausgeübten Kraft zur Durchbiegung der Blattfeder, das heißt die Federkonstante, hängt vom Abstand der Stelle, an der der Ven- tilkörper von der Blattfeder mit Kraft beaufschlagt wird, das heißt vom Abstand des Angriffspunkts der Kraft, zu der Auflagestelle der Blattfeder ab. Ist der Abstand gering, ist die am Ventilkörper wirksame Federkonstante groß. Ist der Abstand groß, ist die Federkonstante klein.

Bei einer starren Verbindung des Ventilkörpers mit dem Stellglied ist die auf den Ventilkörper wirkende Federkonstante auch an der Wirkstelle des Stellglieds wirksam. Daher lässt sich die an der Wirkstelle des Stellglieds wirksame Federkon- stante durch eine Verstellung der Auflagestelle der Blattfeder auf dem Lager längs der Blattfeder einstellen.

Die Verstellung des Gegenlagers kann anstatt einer Verstellung der Auflagestelle der Blattfeder auf dem Lager erfolgen oder zusätzlich. Erfolgt sie zusätzlich, lässt sich die auf den Ventilkörper wirkende Federkonstante und somit die an der Wirkstelle der Stellkraft wirksame Federkonstante über einen weiten Bereich sehr genau einstellen.

In vorteilhafter Weise ist das Lager und/oder das Gegenlager auf einer schiefen Ebene angeordnet. Hierdurch lässt sich gegebenenfalls eine durch die Verstellung des Lagers und/oder des Gegenlagers hervorgerufene Veränderung der auf den Ventilkörper in seiner Ruhestellung wirkenden Kraft kompensie- ren. Des Weiteren können hierdurch auch Nichtlinearitäten ausgeglichen werden. Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass sich die Breite der Blattfeder längs der Blattfeder verändert. Die Veränderung der Breite der Blattfeder kann linear oder beispielsweise nach einer parabolischen oder hyper- bolischen Funktion erfolgen. Auch hierdurch lassen sich bei der Verstellung des Lagers oder des Gegenlagers hervorgerufene Nichtlinearitäten kompensieren. Es kann zudem ein gewünschter Verlauf der Federkonstante eingestellt werden.

Die Kennlinie des Ventils lässt sich in vorteilhafter Weise auch dadurch einstellen, dass zwischen dem Stellglied und dem Kraftspeicher eine um eine gedachte Schwenkachse schwenkbare Wippe angeordnet ist, wobei die Schwenkachse längs der Wippe verstellbar ist, sowie die Schwenkachse auf einem Lagerbock gelagert ist, welcher auf einer schiefen Ebene angeordnet ist, und/oder der Kraftspeicher auf einer schiefen Ebene angeordnet, auf der er verstellbar ist. Hierdurch lässt sich gegebenenfalls eine durch die Verstellung der Schwenkachse und/oder des Kraftspeichers längs der Wippe hervorgerufene Veränderung der auf den Ventilkörper in seiner Ruhestellung wirkenden Kraft kompensieren. Des Weiteren können hierdurch auch Nichtlinearitäten ausgeglichen werden. Statt als Blattfeder kann der Kraftspeicher beispielsweise als Spiralfeder oder einem ähnlich wirkenden Element ausgebildet sein.

Hierdurch wird nicht die Federkonstante des Kraftspeichers verändert sondern - durch das Übersetzungsverhältnis der Wippe - nur die an der Wirkstelle des Stellglieds wirksame Federkonstante verändert. Ist der Abstand der Wirkstelle der Stellkraft von der Schwenkachse genauso groß wie der Abstand zwischen der Schwenkachse und der Stelle, an der die Kraft in den Ventilkörper eingeleitet wird, entspricht die an der Wirkstelle wirksame Federkonstante der Federkonstante des Kraftspeichers. Ist der Abstand der Wirkstelle von der Schwenkachse größer als der Abstand der Schwenkachse von der Stelle, an der die Schwenkachse mit dem Ventilkörper in Wirkverbindung steht, ist die an der Wirkstelle wirksame Feder- konstante kleiner als die Federkonstante des Kraftspeichers. Ist der Abstand der Wirkstelle von der Schwenkachse kleiner als der Abstand der Schwenkachse von der Stelle, an der die Schwenkachse mit dem Ventilkörper in Wirkverbindung steht, ist die an der Wirkstelle wirksame Federkonstante größer als die Federkonstante des Kraftspeichers.

Statt der Verstellung der Schwenkachse oder zusätzlich zu der Verstellung der Schwenkachse kann der Kraftspeicher längs der Wippe verstellbar ausgebildet sein. Hierdurch lässt sich die an der Wirkstelle der Stellkraft wirksame Federkonstante über einen weiten Bereich sehr genau einstellen.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines besonderen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen .

Es zeigen

Figur 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Ventils in schematischer Darstellung,

Figur 2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Ventils in schematischer Darstellung,

Figur 3 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Ventils in schematischer Darstellung,

Figur 4 eine Anordnung mit vier erfindungsgemäß ausgebildeten Ventilen in schematischer Darstellung,

Figur 5 eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Ventils in schematischer Darstellung und

Figur 6 eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Ventils in schematischer Darstellung. Wie Figur 1 entnommen werden kann, weist ein Ventil eine erste Ventilkammer 1 auf, welcher mittels einer Einlassöffnung 2 ein Medium wie beispielsweise Druckluft zuführbar ist. Die erste Ventilkammer 1 ist über eine Ventilöffnung 3 mit einer zweiten Ventilkammer 1' verbunden. Die Ventilöffnung 3 ist mittels eines Ventilkörpers 4, welcher auf einem Stößel 6 angeordnet ist, verschließbar.

An dem in der Figur unteren Ende ist der Stößel 6 mit einer Federkraft F_κ beaufschlagt, welche von einer Blattfeder 9 erzeugt wird. Die Blattfeder 9 liegt in ihrem mittleren Bereich an einer Auflagestelle 9' auf einem Auflager 7 auf. Das Auflager 7 ist auf einer ersten schiefen Ebene 11 angeordnet, längs welcher es verstellbar ist. An dem dem Stößel 6 abge- wandten Ende stößt die Blattfeder 9 an einer Stoßstelle 9' ' gegen ein als Loselager ausgebildetes Gegenlager 8.

Die aus Blattfeder 9, Auflager 7 und Gegenlager 8 bestehende Anordnung ist so ausgebildet, dass die Blattfeder 9 den Stö- ßel 6 mit einer Grundkraft beaufschlagt, wenn er sich in seiner Ruheposition, in der er die Ventilöffnung 3 verschließt, befindet. Das Gegenlager 8 ist auf einer zweiten schiefen Ebene 12 angeordnet, längs der es verstellbar ist.

An dem der Blattfeder 9 abgewandten Ende ist der Stößel 6 mit einem Kolben 5 verbunden, welcher in einem Zylinder 5' angeordnet ist. Der Zylinder 5' weist eine Steueröffnung 15 auf, mittels welcher er mit Druckluft befüllbar ist, das heißt, mittels welcher die Kolbenfläche 10 mit Druck beaufschlagbar ist. Der Zylinder 5' weist des Weiteren eine Entlüftungsöffnung 16 auf, durch welche bei einer Bewegung des Kolbens 5 Luft aus dem betreffenden Teil des Zylinders 5' entweichen kann .

Durch Einleiten von Pressluft mit einem bestimmten Druck P₃ durch die Steueröffnung 15 in den Zylinder 5' wird die Kolbenfläche 10 des Kolbens 5 mit dem betreffenden Druck P_R be- aufschlagt. Hierdurch wirkt auf den Stößel 6 eine Stellkraft F₃, welche der Federkraft F_κ entgegenwirkt. Ist die Stellkraft F₃ größer als die Federkraft F_κ, lässt sich der Ventilkörper 4 aus seiner Ruhestellung in eine Arbeitsstellung ver- stellen. Die Arbeitsstellung des Ventilkörpers 4 hängt von dem im Zylinder 5' herrschenden Druck P₃ ab. Sie ist dann erreicht, wenn zwischen der auf den Stößel 6 am oberen Ende wirkenden Steuerkraft F₃ und der auf den Stößel 6 wirkenden Federkraft F_κ Gleichgewicht herrscht. Dabei werden die auf- grund der Druckverhältnisse in den Ventilkammern 1 und 1' auf die freien Oberflächen des Ventilkörpers 4 wirkenden Kräfte vernachlässigt .

Das heißt, der Verstellweg des Ventilkörpers 4 ist so groß, dass die durch ihn aufgrund der Federkonstante der Blattfeder 9 hervorgerufene Federkraft F_κ der Stellkraft F₃ entspricht. Da zwischen dem im Zylinder 5' herrschenden Steuerdruck P₃ und der durch ihn hervorgerufenen Stellkraft F₃ ein linearer Zusammenhang besteht, besteht zwischen dem Steuerdruck P₃ und dem Verstellweg des Ventilkörpers 4 ebenfalls ein linearer Zusammenhang, dessen Proportionalitätsfaktor der durch die Blattfeder 9 hervorgerufenen Federkonstanten entspricht.

In der in Figur 1 gezeigten Stellung des Auflagers 7 und des Gegenlagers 8 ist der Abstand Ai der Angriffsstelle 9' ' ' des Stößels 6, an der der Stößel 6 mit der Blattfeder 9 in Wirkverbindung steht, von der Auflagestelle 9' der Blattfeder 9, an der die Blattfeder in Wirkverbindung mit dem Auflager 7 steht, etwa genauso groß wie der Abstand A₂ der Stoßstelle 9'' des Gegenlagers 8, an der die Blattfeder 9 in Wirkverbindung mit dem Gegenlager 8 steht, von der Auflagestelle 9' der Blattfeder 9. Hierdurch stellt sich dem im Zylinder 5' herrschenden Steuerdruck P₃ eine Kraft mit einer entsprechenden ersten Federkonstante entgegen.

Durch Verschieben des Auflagers 7 und damit der Auflagestelle 9' längs der Blattfeder 9 lassen sich die Abstände Ai, A₂ verändern, wodurch sich die an der Angriffsstelle 9' ' ' des Stößels 6 wirksame Federkonstante verändert, was zur Folge hat, dass sich die der Stellkraft F₃ und damit dem im Zylinder 5' herrschenden Steuerdruck P₃ entgegenwirkende Federkonstante verändert.

Die an der Angriffsstelle 9' ' ' des Stößels 6 vorhandene Federkonstante lässt sich auch dadurch verändern, dass das Gegenlager 8 längs der Blattfeder 9 verschoben wird. Denn dadurch verändert sich der Abstand A₂ der Stoßstelle 9' ' des Gegenlagers 8 auf der Blattfeder 9 von der Auflagestelle 9' der Blattfeder 9 auf dem Auflager 7.

Durch die erste schiefe Ebene 11, längs der das Auflager 7 verschiebbar ist, sowie die zweite schiefe Ebene 12, auf der das Gegenlager 8 verschiebbar ist, kann erreicht werden, dass die in Ruhestellung des Ventilkörpers 4 auf den Ventilkörper 4 wirkende Federkraft F_κ trotz Veränderung der Federkonstante unverändert bleibt.

Befindet sich der Ventilkörper 4 in einer Arbeitsstellung, gelangt das der ersten Ventilkammer 1 über die Einlassöffnung 2 zugeführte Medium durch die Ventilöffnungen 3 in die zweite Ventilkammer 1' und kann über die Auslassöffnung 2' seiner weiteren Verwendung zugeführt werden. Die Menge des über die Auslassöffnung 2' zur Verfügung gestellten Mediums hängt von der Größe der Ventilöffnung 3, das heißt der Stellung des Ventilkörpers 4 ab. Da die Stellung des Ventilkörpers 4 vom im Zylinder 5' herrschenden Steuerdruck P₃ abhängt, hängt die Menge des mittels der Auslassöffnung 2' pro Zeiteinheit zur Verfügung gestellten Mediums vom Steuerdruck P₃ ab.

Ist die an der Angriffsstelle 9' ' ' der Blattfeder 9 an dem Stößel 6 wirksame Federkonstante klein, muss zur Verstellung des Ventilkörpers 4 um einen vorbestimmten Weg eine relativ geringe Stellkraft F₃, das heißt ein relativ geringer Steuerdruck P₃, aufgebracht werden. Das Ventil hat daher eine relativ steile Kennlinie. Ist die an der Angriffsstelle 9' ' ' der Blattfeder 9 am Stößel 6 wirksame Federkonstante groß, muss zur Erreichung derselben Verstellung des Ventilkörpers 4 eine relativ große Kraft F₃, das heißt ein relativ großer Steuerdruck P₃, aufgebracht zu werden. Die Kennlinie des Ventils verläuft daher relativ flach. Da durch Verschieben des Aufla- gers 7 und/oder Verschieben des Gegenlagers 8 die an der Angriffsstelle 9' ' ' der Blattfeder 9 am Stößel 6 wirksame Federkonstante eingestellt werden kann, kann durch Verschieben des Auflagers 7 und/oder des Gegenlagers 8 die Kennlinie des Ventils eingestellt werden.

Die in Figur 2 dargestellte Ausführungsform der Erfindung hat im Wesentlichen denselben Aufbau wie die in Figur 1 dargestellte Ausführungsform. Gleiche Elemente sind daher mit denselben Bezugszeichen versehen; zur Unterscheidung weisen sie jedoch zusätzlich den Buchstaben a auf.

Im Gegensatz zu der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform ist bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform die Blattfeder 9a einseitig in einem Block 7a eingespannt. Der Block 7a ist in Längsrichtung der Blattfeder 9a verschiebbar befestigt .

Durch Verschieben des Blocks 7a lässt sich der Abstand A zwischen der Einspannstelle 9a' der Blattfeder 9a in dem Block 7a und der Angriffstelle 9a' ' ' der Blattfeder 9a am Stößel 6a einstellen. Da die an der Angriffsstelle 9a''' der Blattfeder 9a am Stößel 6a wirksame Federkonstante der Blattfeder 9a vom Abstand A der Angriffsstelle 9a' ' ' der Blattfeder 9a am Stößel 6a von der Einspannstelle 9a' der Blattfeder 9a in den Block 7a abhängt, lässt sich somit durch Verschieben des

Blocks 7a die Federkonstante einstellen. Der Block 7a ist auf einer schiefen Ebene angeordnet, längs der er verstellbar ist. Hierdurch lässt sich die auf den Ventilkörper 4a in Ruhestellung wirkende Kraft einstellen.

Die in Figur 3 dargestellte Ausführungsform der Erfindung hat im Wesentlichen denselben Aufbau wie die in Figur 1 dargestellten Ausführungsform. Gleiche Elemente sind daher mit denselben Bezugszeichen versehen; zur Unterscheidung weisen sie jedoch zusätzlich den Buchstaben b auf.

Bei der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform sind Aufla- ger 7b sowie das Gegenlager 8b nicht verschiebbar angeordnet. Die Blattfeder 9b ist jedoch relativ zum Auflager 7b beziehungsweise Gegenlager 8b verschiebbar angeordnet.

Wie der in Figur 3 ebenfalls dargestellten Draufsicht der Blattfeder 9b entnommen werden kann, verändert sich die Breite der Blattfeder 9b längs der Blattfeder 9b. Hierdurch lässt sich die an der Angriffstelle 9b' ' ' der Blattfeder 9b am Stößel 6b wirksame Federkonstante verändern. Befindet sich die Blattfeder 9b in einer Position, in der die Breite der Blatt- feder 9b an der Angriffsstelle 9b' ' ' der Blattfeder 9b am Stößel 6b gering ist, ist die dort wirksame Federkonstante entsprechend klein. Ist die Breite an der genannten Angriffsstelle 9b' ' ' relativ groß, ist die Federkonstante relativ groß .

In Figur 4 ist eine schematische Anordnung mit vier erfindungsgemäß ausgebildeten Ventilen 17 dargestellt. Vom Prinzip her entspricht der Aufbau der Ventile 17 im Wesentlichen dem in Figur 2 dargestellten Aufbau.

Wie Figur 4 entnommen werden kann, weist die Anordnung einen aus Federstahl bestehenden, ringförmig ausgebildeten Blechstreifen 18 auf, in welchem mittels Trennspalten 20 Federzungen 19 ausgebildet sind. Oberhalb des Blechstreifens 18 sind die Ventile 17 angeordnet derart, dass ihre Stößel 22 auf die Federzungen 19 stoßen. Durch Drehen des Blechstreifens 18 um einen Mittelpunkt 18' lässt sich der Abstand A3 der Stellen, an denen die Stößel 22 auf die Federzungen 19 auftreffen, zu den Ursprungsstellen 21 der Federzungen 19, das heißt den Stellen, bis zu denen sich die Trennspalten 20 erstrecken, einstellen. Da sich mit dem Abstand A3 die auf die Stößel 22 wirkende Federkonstante verändert, lässt sich somit die auf die Stößel 22 wirkende Federkonstante und damit die Kennlinie der Ventile 17 durch Verdrehen des Bleichstreifens 18 einstellen. Die Drehbewegung des Blechstreifens 18 ist durch einen Pfeil 18'' angedeutet.

Die in Figur 5 dargestellte Ausführungsform der Erfindung hat teilweise denselben Aufbau wie die in Figur 1 dargestellte Ausführungsform der Erfindung. Gleiche Elemente sind daher mit denselben Bezugszeichen versehen; zur Unterscheidung weisen sie jedoch zusätzlich den Buchstaben c auf.

Bei der in Figur 5 dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird der Ventilkörper 4c mittels einer Spiralfeder 9c in Schließrichtung der Ventilöffnung 3c mit einer Kraft F_κ beaufschlagt. An dem der Spiralfeder 9c gegenüberliegenden Ende wird auf den Stößel 6c mittels einer um eine Schwenkachse 13c' schwenkbaren Wippe 13c eine Kraft F₃' ausgeübt, welche an der dem Stößel 6c gegenüberliegenden Ende der Wippe 13c mittels einer am Kolben 5c angeordneten Spitze 5c' ' in die Wippe 13c eingeleitet wird. Auf die Kolbenfläche 10c wirkt der im Zylinder 5c' herrschende Steuerdruck P₃. Die Wippe 13c ist an ihrer Schwenkachse 13 c' in einem Lagerbock 14c gelagert. Der Lagerbock 14c beziehungsweise die Schwenkachse 13c' lässt sich längs der Wippe 13c verstellen. Hierdurch kann das Übersetzungsverhältnis der Wippe 13c verändert werden.

Im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung wirkt bei der in Figur 5 dargestellten Ausführungsform der Erfindung somit die durch den im Zylinder 5c' vorhandenen Steuerdruck P₃ erzeugte Stellkraft F₃ nicht direkt auf den Stößel 6c des Ventilkörpers 4c sondern über die um die Schwenkachse 13c' schwenkbare Wippe 13c.

Bei der in Figur 5 gezeigten Stellung ist der Abstand A_ci des Angriffspunkts 13c' ' ' des Stößels 6c an der Wippe 13c von der Schwenkachse 13c' etwa genauso groß wie der Abstand A_c2 des Angriffspunkts 13c' ' der Kolbenspitze 5c' ' von der Schwenkachse 13 c' . Das heißt, das Übersetzungsverhältnis der Schwenkachse 13c ist etwa eins, was zur Folge hat, dass die am Stößel 6c wirksame Steuerkraft F₃' genauso groß ist wie die aufgrund des im Zylinder 5c' herrschenden Steuerdrucks P_s von der Kolbenspitze 5c' ' auf die Wippe 13c ausgeübte Kraft F₃.

Wird der Lagerbock 14c beziehungsweise die Schwenkachse 13c' längs der Wippe 13c beispielsweise in Richtung des Stößels 6c verschoben, verändern sich die Abstände A_ci, A_c2 und damit das Übersetzungsverhältnis der Wippe 13c.

Bei einer Verschiebung des Lagerbocks 14c beziehungsweise der Schwenkachse 13c' in Richtung des Stößels 6c verringert sich die an der Kolbenspitze 5c' ' wirksame Federkonstante und somit die dem Steuerdruck P₃ entgegenstehende Federkonstante, was zur Folge hat, das geringe Druckänderungen bereits eine relativ große Verstellung des Ventilkörpers 4c hervorrufen. Das heißt, das Ventil hat eine relativ steile Kennlinie.

Bei einer Verschiebung des Lagerbocks 14c beziehungsweise der Schwenkachse 13c' in Richtung des Stößels 6c vergrößert sich die an der Kolbenspitze 5c' ' wirksame Federkonstante und somit die dem Steuerdruck P₃ entgegenstehende Federkonstante, was zur Folge hat, das geringe Druckänderungen lediglich eine geringe Verstellung des Ventilkörpers 4c hervorrufen. Das heißt, das Ventil hat eine relativ flach verlaufende Kennlinie .

Die in Figur 6 dargestellte Ausführungsform der Erfindung entspricht teilweise der in Figur 1 dargestellten Ausfüh- rungsform. Gleiche Elemente sind daher mit denselben Bezugszeichen versehen; zur Unterscheidung weisen sie jedoch zusätzlich noch den Buchstaben d auf.

Bei der in Figur 6 dargestellten Ausführungsform der Erfin- düng wird in gleicher Weise wie bei den in Figur 1 dargestellten Ausführungsformen der Erfindung mittels eines im Zylinder 5d' herrschenden Drucks auf den Stößel 6d direkt eine Stellkraft F₃ ausgeübt, welche der am entgegengesetzten Ende des Stößels 6 auf den Stößel 6 ausgeübten Federkraft F_κ entgegenwirkt. Im Gegensatz zu der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird die Federkraft F_κ jedoch nicht von einer Blattfeder erzeugt sondern von einer Spiral- feder 9d und wird über eine um eine Schwenkachse 13d' schwenkbare Wippe 13d in den Stößel 6d eingeleitet. Die Wippe 13d ist mit ihrer Schwenkachse 13d' in einem Lagerbock 14d gelagert. Der Lagerbock 14d beziehungsweise die Schwenkachse 13d' lässt sich längs der Wippe 13d verstellen. Hierdurch kann das Übersetzungsverhältnis der Wippe 13d verändert werden .

Der Lagerbock 14d ist auf einer dritten schiefen Ebene Hd angeordnet, längs der er verstellbar ist. Hierdurch lässt sich die in Ruhestellung auf den Ventilkörper 4d einwirkende Federkraft F_κ einstellen.

Durch Verändern des Übersetzungsverhältnisses der Wippe 13d lässt sich die auf den Stößel 6d einwirkende Federkonstante entsprechend der in Figur 5 dargestellten Ausführungsform verändern .

Wird der Lagerbock 14d beziehungsweise die Schwenkachse 13d' längs der Wippe 13d beispielsweise in Richtung des Stößels 6d verschoben, vergrößert sich die am Stößel 6d wirksame Federkonstante, was zur Folge hat, dass bereits für eine relativ geringe Verstellung des Ventilkörpers 4d eine große Stellkraft F₃ und damit ein großer Steuerdruck P₃ erforderlich sind. Das heißt, das Ventil hat eine relativ flach verlaufen- de Kennlinie.

Bei einer Verstellung der Schwenkachse 13d' beziehungsweise des Lagerbocks 14d in Richtung der Druckfeder 9d verringert sich die am Stößel 6d wirksame Federkonstante. Hierdurch be- wirkt bereits eine geringe Änderung der Stellkraft F₃ beziehungsweise des Steuerdrucks P₃ eine relativ große Verstellung des Ventilkörpers 4d. Das heißt, das Ventil hat dann eine relativ steile Kennlinie. Die am Stößel 6d wirksame Federkonstante lässt sich auch durch Verstellen der Druckfeder 9d längs der Wippe 13d verändern. Durch Verstellen der Druckfeder 9d in Richtung der Schwenkachse 13d' verringert sich die am Stößel 6d wirksame Federkonstante. Durch Verstellen der Druckfeder 9d in entgegengesetzte Richtung vergrößert sich die am Stößel 6d wirksame Federkonstante.

Die Druckfeder 9d ist auf einer vierten schiefen Ebene 12d angeordnet, längs der sie verstellbar ist. Hierdurch lässt sich die in Ruhestellung auf den Ventilkörper 4d wirkende Federkraft F_κ einstellen.

Claims

Patentansprüche

1. Ventil mit wenigstens einer ersten Ventilkammer (1; Ia; Ib; Ic; Id), welche eine Einlassöffnung (2; 2a; 2b; 2c; 2d) aufweist zur Zuführung eines Mediums und eine Ventilöffnung (3; 3a; 3b; 3c; 3d) aufweist, welche mittels eines Ventilkörpers (4; 4a; 4b; 4c; 4d) verschließbar ist, welcher mit einer in Schließrichtung wirkenden, von einem eine Federkonstante aufweisenden Kraftspeicher (9; 9a; 9b; 9c; 9d) erzeugten Fe- derkraft (F_κ) beaufschlagt ist und mittels eines Stellgliedes

(5; 5a; 5b; 5c; 5d) , auf welches an einer Wirkstelle (10;

10a; 10b; 10c; 1Od) eine gegen die Federkraft (F_κ) wirkende

Stellkraft (F₃) aufbringbar ist, gegen die Federkraft (F_κ) verstellbar ist, wobei Mittel (7, 8; 7a; 7b; 8a; 8b; 13c, 14c; 13d, 14d) vorhanden sind, mittels der die an der Wirkstelle (10; 10a; 10b; 10c; 1Od) der Stellkraft (F₃) wirksame Federkonstante einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftspeicher als Blattfeder (9a) ausgebildet ist, welche einseitig eingespannt ist und an ihrem der Einspann- stelle (9a') gegenüberliegenden Ende den Ventilkörper (4a) mit Kraft (F_κ) beaufschlagt, wobei der Abstand (A) zwischen der Einspannstelle (9a') und der Stelle (9a''), an der die Blattfeder (9a) den Ventilkörper (4a) mit Kraft (F_κ) beaufschlagt, einstellbar ist.

2. Ventil mit wenigstens einer ersten Ventilkammer (1; Ia; Ib; Ic; Id), welche eine Einlassöffnung (2; 2a; 2b; 2c; 2d) aufweist zur Zuführung eines Mediums und eine Ventilöffnung (3; 3a; 3b; 3c; 3d) aufweist, welche mittels eines Ventilkör- pers (4; 4a; 4b; 4c; 4d) verschließbar ist, welcher mit einer in Schließrichtung wirkenden, von einem eine Federkonstante aufweisenden Kraftspeicher (9; 9a; 9b; 9c; 9d) erzeugten Federkraft (F_κ) beaufschlagt ist und mittels eines Stellgliedes (5; 5a; 5b; 5c; 5d) , auf welches an einer Wirkstelle (10; 10a; 10b; 10c; 1Od) eine gegen die Federkraft (F_κ) wirkende Stellkraft (F₃) aufbringbar ist, gegen die Federkraft (F_κ) verstellbar ist, wobei Mittel (7, 8; 7a; 7b; 8a; 8b; 13c, 14c; 13d, 14d) vorhanden sind, mittels der die an der Wirk- stelle (10; 10a; 10b; 10c; 1Od) der Stellkraft (F₃) wirksame Federkonstante einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftspeicher als Blattfeder (9) ausgebildet ist, welche in ihrem mittleren Bereich an einer Auflagestelle (9') auf einem Lager (7) aufliegt und an einem Ende gegen ein Gegenlager (8) stößt sowie an ihrem dem Gegenlager (8) gegenüberliegenden Ende den Ventilkörper (4) mit Kraft (F_κ) beaufschlagt, wobei das Gegenlager (8) längs der Blattfeder (9) verstellbar ist.

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagestelle (9') längs der Blattfeder (9) verstellbar ist .

4. Ventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (7) und/oder das Gegenlager (8) auf einer schiefen Ebene (11, 12) angeordnet sind, auf der sie verstellbar sind.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Blattfeder (9; 9a; 9b) sich längs der Blattfeder (9; 9a; 9b) verändert.

6. Ventil mit wenigstens einer ersten Ventilkammer (1; Ia; Ib; Ic; Id), welche eine Einlassöffnung (2; 2a; 2b; 2c; 2d) aufweist zur Zuführung eines Mediums und eine Ventilöffnung (3; 3a; 3b; 3c; 3d) aufweist, welche mittels eines Ventilkörpers (4; 4a; 4b; 4c; 4d) verschließbar ist, welcher mit einer in Schließrichtung wirkenden, von einem eine Federkonstante aufweisenden Kraftspeicher (9; 9a; 9b; 9c; 9d) erzeugten Federkraft (F_κ) beaufschlagt ist und mittels eines Stellgliedes (5; 5a; 5b; 5c; 5d) , auf welches an einer Wirkstelle (10; 10a; 10b; 10c; 1Od) eine gegen die Federkraft (F_κ) wirkende Stellkraft (F₃) aufbringbar ist, gegen die Federkraft (F_κ) verstellbar ist, wobei Mittel (7, 8; 7a; 7b; 8a; 8b; 13c,

14c; 13d, 14d) vorhanden sind, mittels der die an der Wirkstelle (10; 10a; 10b; 10c; 1Od) der Stellkraft (F₃) wirksame Federkonstante einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Stellglied (5c; 5d) und dem Kraftspeicher (9c; 9d) eine um eine gedachte Schwenkachse (13c'; 13d' ) schwenkbare Wippe (13c; 13d) angeordnet ist und die Schwenkachse (13c'; 13d' ) längs der Wippe (13c; 13d) verstellbar ist, sowie die Wippe (13c; 13d) auf einem Lagerbock (14d) gelagert ist, wobei der Lagerbock (14d) und/oder der Kraftspeicher (9d) auf einer schiefen Ebene (Hd; 12d) angeordnet sind, längs der sie verstellbar sind.

7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftspeicher (9c; 9d) längs der Wippe (13c; 13d) verstellbar ist.

8. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es Bestandteil eines elektropneumati- schen Stellungsreglers zur Betätigung eines Prozessventils ist .